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液氨罐的腐蝕問題

2018-09-05 12:18:53 作者：本網整理來源：泰捷網絡設計院分享至：

氨是一種重要的化工產品和工業原料，廣泛應用于煉油、化工、農業、制藥、制冷等工業。為便于儲存和運輸，合成氨廠生產的產品氨通常是將氨氣加壓或降溫處理成液氨，液氨儲罐作為一種特殊的壓力容器，在這些行業也廣泛使用。

多年來對液氨儲罐的使用和檢驗發現，這類儲罐很少發生強度破壞，大多數是由腐蝕裂紋引起的腐蝕破壞。根據多年實踐，本文對液氨儲罐可能引起腐蝕的幾個方面進行分析，并提出了相應的防護措施，以防止腐蝕的發生。

1、液氨儲罐的腐蝕特征

通過對各類液氨儲罐的開罐檢查發現，儲罐內表面焊縫區的腐蝕裂紋比較嚴重，且多數出現在環焊縫上，裂紋斷口沒有塑性變形，呈現出典型的脆性裂紋特征。裂紋多數為淺而長的表面裂紋，且有明顯的分支，主干裂紋與焊縫方向垂直，尤其在手工電弧焊的引弧處和收弧處、T 型接頭處及封頭環縫與筒體縱焊縫交叉部位，裂紋更嚴重。磁粉檢測發現，焊縫裂紋呈樹枝狀，主干裂紋多呈線性，分支較短，端部較尖銳，根部稍寬。

2、液氨儲罐腐蝕分析

儲罐里面的液氨是經過加壓或降溫而轉化成的液化氣，它的操作壓力就是大氣溫度下的飽和蒸氣壓。操作溫度和操作壓力隨氣候變化而波動。《壓力容器安全技術監察規程》規定，無保溫或保冷、盛裝低壓液化氣體的常溫儲罐，設計溫度均取50℃，最高工作壓力取所裝介質在50℃時的飽和蒸氣壓力。而廣東地區夏天的最高室溫一般不會超過40℃， 40℃下氨的飽和蒸氣壓為1155M Pa, 通常操作壓力為018～112M Pa, 故儲罐一般不會因超載而發生強度破壞。由于液化氣的膨脹系數非常大，為水的數十倍，如果液體充滿儲罐，儲罐內的壓力就不再是蒸氣壓，而是液體的膨脹壓力。儲罐的工作壓力直接受溫度的影響，溫度每升高1℃，液氨儲罐的壓力就可升高11316～ 11875M Pa, 溫度只要升高3～ 5℃，儲罐就會因嚴重超載而爆炸。因此，《壓力容器安全技術監察規程》規定了儲罐在不同充液溫度下的裝量系數，以保證儲罐內有足夠的氣體空間。如果儲罐在投入使用前抽氣不完全，就很容易使空氣摻雜在里面。液氨在充裝、排料及檢修等過程中，也會受到空氣的污染，儲罐焊縫處存在由于操作壓力引起的拉應力和焊接殘余應力。在拉應力狀態下，碳鋼在被空氣污染的液氨環境中很容易發生應力腐蝕破壞。

空氣中的O2、CO2、N2 都會促進液氨對罐壁材料的腐蝕。不論是在氣相或液相中，氨、O2和N2與碳鋼或低合金鋼組成了應力腐蝕環境，產生應力腐蝕（SCC）。其腐蝕的機理為：在含 O2 的液氨中，鋼表面吸附O2形成氧膜，這使腐蝕電位保持在正值，當材料受拉力產生應變后，膜被破壞，暴露出來的新鮮表面（滑移階）與有氧膜的金屬表面組成微電池，產生快速溶解。在沒有其他雜質存在時， O2能在裸露金屬表面上再成膜，抑制應力腐蝕的產生；而當液氨中同時溶有N2 時，由于N2與O2在滑移階上產生“競爭吸附”，阻止部分裸露滑移階的再鈍化，從而增加鋼的應力腐蝕斷裂敏感性。上述有關應力腐蝕的條件，只要缺任何一種，應力腐蝕均不能發生。而空氣中的CO2 則會導致全面腐蝕，其腐蝕機理為：

陰極反應： O2+ 2NH4 + 4e——OH- + 2NH3

陽極反應： 2Fe ——2Fe2+ + 4e-

整個反應為： O2+ 2NH4 + 2Fe——2Fe2+ + 2OH- + 2NH3有CO 2 共存時，則生成碳酸銨： 2NH3+ CO2——NH4CO 2NH2 NH4CO 2NH2 ——NH4 + NH2CO2-

反應中產生碳基甲酸氨（NH4CO 2NH2）對碳鋼有強烈的腐蝕作用，它使鋼材表面的鈍化膜在滑移臺階產生破裂，并沿此處發展為陽極型的腐蝕裂紋。因此，這兩種腐蝕作用相互促進，加劇了材料的腐蝕破壞。這種應力腐蝕與母材的強度有關，強度越高，腐蝕敏感性越大。儲存溫度也會對應力腐蝕產生影響， 0℃以上常溫操作的儲罐，應力腐蝕易發生。

3、防護措施及安全評估

液氨儲罐從設計、制造到使用的各個環節，如果方法不得當，都會對應力腐蝕埋下隱患。故意防腐蝕應從設計、制造到使用過程的整個質量保證體系的各個環節都采取可靠的措施。

（1）材料選擇。實踐證明，材料強度越高，發生應力腐蝕的可能性越大。但不發生應力腐蝕的最低強度限與雜質含量及特性、應力大小、操作速度等因素有關。為了防止應力腐蝕，在綜合考慮操作壓力、殘余應力以及安全性和經濟性的情況下，應盡可能選用強度較低的鋼材。

（2）采用合理的結構和焊接工藝。結構上應避免焊縫過多、過于集中、焊縫不對稱、焊縫交叉和焊接順序不合理等造成的應力集中。制造時應避免強力組焊，防止咬邊、錯邊等缺陷，保證與介質接觸的表面盡量光滑。制造完成后，應進行退火熱處理以去除焊后殘余熱應力。正確的焊后熱處理可以大大降低制造過程中的殘余應力，并可以降低焊接熱影響區的峰值硬度。

（3）對投入使用前的新儲罐，應徹底清除里面的空氣；在充裝、排料及檢修等過程中，采取一定的措施避免帶進任何空氣。對大型儲罐應連續冷凝氨蒸氣，而不凝氣體大部分是空氣，應將其排出。對較小的設備用抽氣或蒸騰除去儲罐里面的空氣。總之，消除儲罐里面的空氣污染，可以有效地防止應力腐蝕。

（4）新投用的儲罐，應按規定進行內外部檢驗并進行周期性的定期檢驗。對液、氣相界面、引收弧處及T 型接頭等易腐蝕部位應重點檢驗；對液面以下所有焊縫應進行100%磁粉或超聲波探傷，若條件允許，應對所有焊縫進行 100%磁粉探傷。對檢驗出的裂紋應進行評估。因應力腐蝕界限斷裂韌度J ISCC大約只有材料常規斷裂韌度D0105的1?5, 所以應根據斷裂力學判據對裂紋進行安全等級評估，并給出處理意見及下次檢驗時間。對于不超過1?4 壁厚和深度小于4mm 的淺裂紋，可以采用打磨的方法進行機械消除，但要嚴格控制打磨工藝；對于較深的裂紋，先進行打磨處理后再進行補焊。補焊前應先預熱加溫以防止焊接硬化，焊接時宜采用低氫焊條，焊后進行探傷復查，并進行去應力處理。

（5）定期檢測液氨濃度和含水率，發現水分低于臨界濃度應及時補充水分，使含水率始終保持在 012%～ 1%的范圍。另外，還可加入其它抑制劑，如加入100Lgög 的冷凍機油或5Lgög 的菜籽油或10～ 50Lgög 的硅油作為應力腐蝕抑制劑，都可有效地抑制液氨引起的應力腐蝕。

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責任編輯：韓鑫

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